ACS Nano | 军事医学研究院郑爱萍与首都医科大学崔纯莹团队开发病毒模拟囊泡疫苗增强粘膜免疫

导 语

COVID-19大流行中，SARS-CoV-2通过呼吸道粘膜感染人体。传统肌肉注射疫苗虽能诱导系统免疫应答，却难以在呼吸道局部建立有效防线，导致病毒仍可在上呼吸道复制和传播。因此，开发能激发呼吸道粘膜免疫的新型疫苗成为迫切需求。

现有疫苗主要产生血清中和抗体，但呼吸道粘膜处的抗体水平远低于外周血，无法有效阻断病毒入侵。此外，粘膜疫苗缺乏高效安全的抗原递送系统和佐剂，难以诱导强效的粘膜免疫应答，尤其是分泌型IgA和组织驻留记忆T细胞。如何设计能快速招募抗原呈递细胞并激发呼吸道局部免疫的疫苗是关键科学挑战。

2024年7月16日，军事医学研究院郑爱萍与邢昊楠团队联合首都医科大学崔纯莹团队人在ACS Nano期刊发表了题为Virus-Mimetic Extracellular-Vesicle Vaccine Boosts Systemic and Mucosal Immunity via Immune Recruitment的研究论文。

该研究通过基因工程改造树突状细胞，使其表面表达SARS-CoV-2 RBD抗原，并利用低功率超声诱导细胞出芽，获得病毒模拟细胞外囊泡疫苗EV-RBD。该疫苗无需佐剂即可快速招募抗原呈递细胞，激活先天免疫，并诱导生发中心形成。特别地，采用肌肉初免-气管内加强的序贯免疫策略，能显著增强呼吸道粘膜免疫，产生高滴度IgA和组织驻留记忆T细胞，有效中和假病毒感染。该疫苗为呼吸道粘膜疫苗设计提供了全新仿生平台。

正 文

研究人员首先构建了稳定表达SARS-CoV-2 RBD抗原的树突状细胞系DC-RBD，通过低功率超声诱导细胞膜出芽，经密度梯度离心获得病毒模拟囊泡EV-RBD。透射电镜和纳米颗粒追踪分析显示，EV-RBD呈典型囊泡形态，平均直径约140-150 nm，每个囊泡表面约展示30个RBD抗原，与天然病毒颗粒表面的刺突蛋白密度相近。免疫印迹证实EV-RBD表达CD63、CD9、CD81等外泌体标志物，以及ICAM-1和CCR7等免疫相关分子，而游离RBD蛋白则不具备这些特征。体外摄取实验表明，EV-RBD被树突状细胞和巨噬细胞摄取的效率显著高于游离RBD蛋白，孵育2小时即可达到60%的摄取率，而游离RBD仅约10%。此外，EV-RBD在4°C和-20°C储存2个月后，其粒径、颗粒数和抗原浓度均无明显变化，显示出良好的稳定性。

为了验证体内免疫效果，研究人员分别通过肌肉注射和气管内滴注途径免疫小鼠。结果显示，EV-RBD能快速招募F4/80+、CD11b+和CD11c+抗原呈递细胞至注射部位，并迁移至引流淋巴结，激活CD80、CD86和MHC II等共刺激分子的表达。单次免疫后，EV-RBD在淋巴结和肺组织中均能诱导强烈的生发中心B细胞反应，而传统铝佐剂疫苗则效果微弱。重要的是，采用肌肉初免-气管内加强的序贯免疫策略后，小鼠血清中RBD特异性IgG抗体滴度比单独粘膜免疫组高30倍，支气管肺泡灌洗液中的IgA水平高10倍。同时，该策略显著诱导了肺组织中的驻留记忆CD8+ T细胞以及淋巴结中的中央记忆T细胞，并产生Th1偏倚的IFN-γ细胞因子反应，而非Th2型的IL-4。这些结果表明，序贯免疫策略能将系统免疫应答有效转化为呼吸道局部粘膜免疫。

进一步的功能验证中，研究人员使用H11-K18-hACE2转基因小鼠进行假病毒中和实验。结果显示，EV-RBD免疫组小鼠在感染SARS-CoV-2 D614G假病毒后，肺部荧光素酶信号显著低于铝佐剂疫苗组，肺组织中假病毒阳性细胞比例降低约80%。血清中和活性评估表明，EV-RBD免疫组的中和滴度比铝佐剂组高近100倍。安全性评估方面，EV-RBD对DC2.4、RAW264.7等细胞活力无影响，免疫后小鼠体重稳定增长，心、肝、脾、肺、肾等主要脏器未见病理改变，血生化指标均处于正常范围。该疫苗无需额外佐剂，通过简单的物理超声制备，成本仅为天然外泌体的10%，产量却高出10-100倍，展现出良好的转化潜力。

EV-RBDs在肌肉注射免疫后招募抗原呈递细胞（APCs）并激活引流淋巴结（dLNs）

总 结

总的来说，该研究开发了一种基于树突状细胞来源的病毒模拟细胞外囊泡疫苗EV-RBD。该疫苗通过表面高密度展示RBD抗原及多种免疫共刺激分子，在无佐剂条件下即可快速招募并激活抗原呈递细胞，诱导强效的系统和粘膜免疫应答。特别地，肌肉初免-气管内加强的序贯免疫策略能显著提升呼吸道粘膜中的sIgA水平和组织驻留记忆T细胞比例，有效中和假病毒感染。

该研究为呼吸道病毒疫苗的设计提供了新型仿生平台，解决了传统肌肉注射疫苗难以诱导粘膜免疫的难题。鉴于其制备简便、成本低廉、稳定性好且安全性高，该疫苗平台具有广阔的临床应用前景，并可拓展至流感、呼吸道合胞病毒等其他呼吸道传染病，为应对新发疫情提供了重要技术储备。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c01277